Nonlinear and Frequency-Dependent Mechanical Behavior of the Mouse Respiratory System

Abstract

The assessment of the mechanical properties of the respiratory system is typically done by oscillating flow into the lungs via the trachea, measuring the resulting pressure generated at the trachea, and relating the two signals to each other in terms of some suitable mathematical model. If the perturbing flow signal is broadband and not too large in amplitude, linear behavior is usually assumed and the input impedance calculated. Alternatively, some researchers have used flow signals that are narrow band but large in amplitude, and invoked nonlinear lumped-parameter models to account for the relationship between flow and pressure. There has been little attempt, however, to deal with respiratory data that are both broadband and reflective of system nonlinearities. In the present study, we collected such data from mice. To interpret these data, we first developed a time-domain approximation to a widely used model of respiratory input impedance. We then extended this model to include nonlinear resistive and elastic terms. We found that the nonlinear elastic term fit the data better than the linear model or the nonlinear resistance model when amplitudes were large. This model may be useful for detecting overinflation of the lung during mechanical ventilation.

Low-dose AgNPs reduce lung mechanical function and innate immune defense in the absence of cellular toxicity

“…Mechanical ventilation with forced oscillation maneuvers was used to measure impedance broadband signal (0.5–20 Hz) respiratory impedance [ Z (f)] (Moriya et al, 2003). The flow [ V ( t )] is a known value input into the system, while pressure [ P ( t )] output is unknown.…”

Análise da aplicação do modelo de fase constante na avaliação da mecânica respiratória em animais durante broncoconstrição.

“…Na literatura corrente, há um crescente número de artigos que realizam a avaliação da mecânica respiratória em pequenos animais ventilados mecanicamente (BURBURAN et al, 2014;HANIFI et al, 2012;MORIYA;MORAES;SCHWARTZ et al, 2011;WALKER;KRAFT;FISHER, 2012), assim como o do presente trabalho e isto é devido a necessidade de fomentar áreas como a avaliação da mecânica respiratória.…”

“…Em especial os modelos no domínio da frequência, como o de fase constante (BATES, 2009;HANTOS et al, 1992;MORIYA;MORAES;THAMRIN et al, 2004 Um dos momentos em que estas condições não são apresentadas é durante a aplicação de broncoconstritores, prática amplamente utilizada a fim de estudar a inflamação pulmonar (LI et al, 2014), asma ou em outros modelos animais (SANTOS et al, 2014). A broncoconstrição, principalmente a broncoconstrição severa, acarreta: 1) alterações em propriedades intrínsecas ao pulmão;…”

“…10) e do parênquima (tecido) pulmonar (eq.11) podem ser calculados da seguinte maneira (BATES, 2009;HANTOS et al, 1992;MORIYA;MORAES;:…”

Beta2-agonista como imunomodulador da resposta inflamatória pulmonar crônica induzida em camundongos sensibilizados com ovoalbumina

“…Após filtragem desse "ruído" consegue-se observar uma onda derivada da respiração nasal do animal e dessa forma é calculada um valor denominado Pehn, que correlaciona-se bem com a responsividade, apesar de suas limitações (Dohi et al, 1999;Albertine et al, 2002;Hantos & Brusasco, 2002;Lundblad et al, 2002;Melgert et al, 2004). Recentemente, com o uso da técnica de oscilação forçada (FOT), na qual um conjunto de ondas senoidais denominado perturbação é gerada pelo pistão do ventilador, consegue-se valores de mecânica para cada freqüência aplicada e separar componentes de vias aéreas proximais, vias aéreas distais e de parênquima pulmonar, por meio da análise das impedâncias (Bates & Irving, 2003;Evans et al, 2003;Moriya et al, 2003;Sly et al, 2003). Finalmente, a avaliação mecânica das tiras subpleurais de tecido pulmonar (strip) é uma ferramenta útil, na qual a interação tecido-vias aéreas pode ser melhor estudada, inclusive adicionando-se mediadores farmacológicos.…”